【題目】甲醇水蒸氣重整制氫(SRM)是用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的質(zhì)子交換膜燃料電池的理想氫源,當(dāng)前研究主要集中在提高催化劑活性和降低尾氣中CO含量,以免使燃料電池Pt電極中毒。重整過程發(fā)生的反應(yīng)如下:
反應(yīng)I CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH1
反應(yīng)Ⅱ CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH2
反應(yīng)Ⅲ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3
其對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3,其中K2、K3隨溫度變化如下表所示:
125℃ | 225℃ | 325℃ | |
K2 | 05535 | 1858 | 9939.5 |
K3 | 1577 | 137.5 | 28.14 |
請(qǐng)回答:
(1)反應(yīng)Ⅱ能夠自發(fā)進(jìn)行的條件_______(填“低溫”、“高溫”或“任何溫度”),ΔH1____ΔH3(填“>”、“<”或“=”)。
(2)相同條件下,甲醇水蒸氣重整制氫較甲醇直接分解制氫(反應(yīng)Ⅱ)的先進(jìn)之處在于___________________________________________________________________。
(3)在常壓、Cat.1催化下,CH3OH和H2O混和氣體(體積比1∶1.2,總物質(zhì)的量2.2mol)進(jìn)行反應(yīng),tl時(shí)刻測(cè)得CH3OH轉(zhuǎn)化率及CO、CO2選擇性隨溫度變化情況分別如圖所示(CO、CO2的選擇性:轉(zhuǎn)化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比)。
注:曲線a表示CH3OH的轉(zhuǎn)化率,曲線b表示CO的選擇性,曲線c表示CO2的選擇性
① 下列說法不正確的是__________。
A.反應(yīng)適宜溫度為300℃
B.工業(yè)生產(chǎn)通常在負(fù)壓條件下進(jìn)行甲醇水蒸氣重整
C.己知Cat.2催化劑具有更高催化活性,可提高甲醇平衡轉(zhuǎn)化率
D.添加CaO的復(fù)合催化劑可提高氫氣產(chǎn)率
② 260℃時(shí)H2物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線如圖所示。畫出300℃時(shí)至t1時(shí)刻H2物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線。________________
(4)副產(chǎn)物CO2可以在酸性水溶液中電解生成甲酸,生成甲酸的電極反應(yīng)式是:___________。
【答案】高溫>甲醇轉(zhuǎn)化率高;產(chǎn)物中氫氣含量高,一氧化碳含量低ABCCO2+2H++2e-==HCOOH
【解析】
(1)當(dāng)溫度增大時(shí),反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)平衡常數(shù)K2也增大,說明溫度升高有利于反應(yīng)Ⅱ正向進(jìn)行,則反應(yīng)Ⅱ為吸熱反應(yīng);反應(yīng)Ⅱ為氣體分子數(shù)增多的反應(yīng),隨著反應(yīng)進(jìn)行,體系混亂度增大,則反應(yīng)Ⅱ的熵增,所以反應(yīng)Ⅱ自發(fā)進(jìn)行的條件是高溫,反應(yīng)Ⅱ可由反應(yīng)Ⅰ減去反應(yīng)Ⅲ得到,根據(jù)蓋斯定律,△H2=△H1-△H3,由于△H2>0,所以△H1>△H3。 (2)比較反應(yīng)Ⅱ與反應(yīng)Ⅰ,反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ消耗相同的甲醇時(shí),反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生的氫氣更多,同時(shí)產(chǎn)生更少的一氧化碳,因此反應(yīng)Ⅱ的先進(jìn)之處在于甲醇轉(zhuǎn)化率高,產(chǎn)物中氫氣含量高,一氧化碳含量低。 (3). ①A.反應(yīng)溫度在260℃和300℃之間時(shí),甲醇的轉(zhuǎn)化率幾乎不發(fā)生變化,二氧化碳的選擇性降低,一氧化碳的選擇性提高,所以反應(yīng)適合的溫度不是300℃,故錯(cuò)誤;B.負(fù)壓相對(duì)于大氣壓降低,相當(dāng)于大氣壓對(duì)體系加壓,有利于反應(yīng)向壓強(qiáng)降低的方向進(jìn)行,即有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行,會(huì)導(dǎo)致氫氣的產(chǎn)率降低,故錯(cuò)誤; C.催化劑不能改變化學(xué)平衡狀態(tài),對(duì)于某溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率,催化劑不能改變?cè)摐囟认碌姆磻?yīng)的平衡狀態(tài),只能縮短達(dá)到平衡的的時(shí)間,故錯(cuò)誤;D.260℃之前,隨著溫度升高,甲醇的轉(zhuǎn)化率增大,260之后,隨著溫度升高,甲醇的轉(zhuǎn)化率幾乎不變,說明260℃之前催化劑起著一定的性能,260℃之后催化性能降低,對(duì)于260℃之前的過程,添加氧化鈣的復(fù)合催化劑可提高氫氣產(chǎn)率,故正確。故選ABC;②溫度升高,化學(xué)反應(yīng)速率加快,達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間縮短,反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度升高,不利于化學(xué)平衡正向移動(dòng),所以平衡時(shí)氫氣的產(chǎn)量降低,圖像應(yīng)為:
(4)二氧化碳可以在酸性水溶液中電解生成甲酸,碳的化合價(jià)降低,二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng),所以電極反應(yīng)為: CO2+2H++2e-==HCOOH。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3—CH=CH—Cl,該有機(jī)物能發(fā)生( )
①取代反應(yīng)、诩映煞磻(yīng) ③消去反應(yīng)、苁逛逅噬、菔顾嵝KMnO4溶液褪色、夼cAgNO3溶液反應(yīng)生成白色沉淀、呒泳鄯磻(yīng)
A.以上反應(yīng)均可發(fā)生B.只有⑦不能發(fā)生
C.只有⑥不能發(fā)生D.只有②不能發(fā)生
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列說法正確的是
A. 需要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
B. 吸熱反應(yīng)一定需要加熱才能發(fā)生
C. 所有的分解反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)
D. 需要持續(xù)加熱才能發(fā)生的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】已知CO和H2在一定條件下合成甲醇的反應(yīng)為:CO(g)+2H2(g)CH30H(g),現(xiàn)在容積均為l L的a、b、c三個(gè)密閉容器中分別充入l molCO和2mol H2的混合氣體,控制溫度,進(jìn)行反應(yīng),測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖l和圖2所示。下列說法正確的是( )
A. 該反應(yīng)的正反應(yīng)的△H>0
B. 升溫或減壓,可將b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變成從c中的平衡狀態(tài)
C. 反應(yīng)進(jìn)行到5min時(shí),a容器中v(正)= v(逆)
D. 達(dá)到平衡時(shí),a、b、c中CO轉(zhuǎn)化率為b>a>c
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】甲醇是一種新型燃料,甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)。工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為: CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116 kJ·mol-1
(1)已知: △H2=-283 kJ·mol-1
△H3=-242 kJ·mol-1
則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO 2和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為:
_______________________________________________;
(2)在容積為1L的恒容容器中,分別研究在230℃、250℃、 270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律。右圖是上述三種溫度下不同的H2和CO的起始組成比(起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol)與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。請(qǐng)回答:
①在上述三種溫度中,曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是__________
②利用圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=_____________________。
(3)在某溫度下,將一定量的CO和H2投入10L的密閉容器中,5min時(shí)達(dá)到平衡,各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度(molL-1)變化如下表所示:
0min | 5min | 10min | |
CO | 0.1 | 0.05 | |
H2 | 0.2 | 0.2 | |
CH3OH | 0 | 0.04 | 0.05 |
若5min~10min只改變了某一條件,所改變的條件是_________________________;且該條件所改變的量是_______________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】NH3是一種重要的化工原料,在生產(chǎn)、生活中用途廣泛。
(1)已知:
共價(jià)鍵 | 鍵能/ kJ·mol-1 |
H―H | 436 |
N≡N | 946 |
N―H | 391 |
注:拆開氣態(tài)物質(zhì)中1 mol某種共價(jià)鍵需要吸收的能量,就是該共價(jià)鍵的鍵能。
N2 (g)+3 H2 (g)2 NH3 (g) H =____kJ·mol-1
(2)一定溫度下,向恒容的密閉容器中充入N2和H2發(fā)生反應(yīng):N2 +3H2 2NH3,測(cè)得各組分濃度隨時(shí)間變化如圖1所示。
①表示c(N2)的曲線是__(填“曲線A”、“曲線B”或“曲線C”)。
②0~t0時(shí)用H2表示反應(yīng)速率v(H2)____mol·L-1·min-1。
③下列能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡的是____。
a.混合氣體的壓強(qiáng)不再變化
b.2c(H2)= 3c(NH3)
c.混合氣體的質(zhì)量不再變化
d.NH3的體積分?jǐn)?shù)不再變化
(3)潛艇中使用的液氨-液氧燃料電池工作原理如圖2所示:
①電極b名稱是____。
②電解質(zhì)溶液中OH-離子向____移動(dòng)(填“電極a”或“電極b”)。
③電極a的電極反應(yīng)式為____。
(4)可通過NH3與NaClO反應(yīng)來制得火箭燃料肼(N2H4)。該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式是____。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】一位同學(xué)在復(fù)習(xí)時(shí)遇到這樣一道習(xí)題:某無色溶液中可能含有“H+、OH-、Na+、NO3-”,加入鋁粉后,只產(chǎn)生H2,問該無色溶液中能大量存在哪幾種離子。
(1)加入鋁粉產(chǎn)生H2,說明鋁具有__________(填“氧化性”或“還原性”)。
(2)該同學(xué)若H+大量存在,則NO3-就不能大量存在。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證實(shí)如下:
裝 置 | 現(xiàn) 象 |
ⅰ. 實(shí)驗(yàn)初始,未見明顯現(xiàn)象 ⅱ. 過一會(huì)兒,出現(xiàn)氣泡,液面上方呈淺棕色 ⅲ. 試管變熱,溶液沸騰 |
①鹽酸溶解Al2O3薄膜的離子方程式是_______________________________。
②根據(jù)現(xiàn)象ⅱ,推測(cè)溶液中產(chǎn)生了NO,為進(jìn)一步確認(rèn),進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):
實(shí)驗(yàn) | 內(nèi)容 | 現(xiàn)象 |
實(shí)驗(yàn)1 | 將濕潤(rùn)KI—淀粉試紙置于空氣中 | 未變藍(lán) |
實(shí)驗(yàn)2 | 用濕潤(rùn)KI—淀粉試紙檢驗(yàn)淺棕色氣體 | 試紙變藍(lán) |
a.淺棕色氣體是____________。
b.實(shí)驗(yàn)1的目的是_______________________________。
c.實(shí)驗(yàn)1、2說明反應(yīng)生成了NO,將生成NO的離子方程式補(bǔ)充完整:
______Al +______NO3-+_____ _ ==______Al 3++______NO+______ ,_______
(3)再假設(shè):若OH-大量存在,NO3-也可能不能大量存在。重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證實(shí)如下:
裝 置 | 現(xiàn) 象 |
ⅰ. 實(shí)驗(yàn)初始,未見明顯現(xiàn)象 ⅱ. 過一會(huì)兒,出現(xiàn)氣泡,有刺激性氣味 |
為確認(rèn)“刺激性氣味”氣體,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):用濕潤(rùn)KI—淀粉試紙檢驗(yàn),未變藍(lán);用濕潤(rùn)紅色石蕊試紙檢驗(yàn),試紙變藍(lán)。
①刺激性氣味的氣體是____________。
②產(chǎn)生該氣體的離子方程式是____________________________________。
(4)在NaOH溶液中加入鋁粉,結(jié)果只檢驗(yàn)出有H2生成,其化學(xué)方程式是_________________________________。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí):NO3-在酸、堿性環(huán)境中都有一定的氧化性,能氧化鋁單質(zhì),產(chǎn)生含氮化合物。試題中的無色溶液一定能大量存在的是_______________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列各組物質(zhì)除雜和分離方法正確的是( )
被提純物質(zhì) | 除雜試劑 | 分離方法 | |
A | 苯(苯甲酸) | 生石灰 | 蒸餾 |
B | 乙酸乙酯(乙酸) | 氫氧化鈉溶液 | 分液 |
C | 乙烷(乙烯) | 酸性高錳酸鉀溶液 | 洗氣 |
D | 苯(苯酚) | 濃溴水 | 過濾 |
A.AB.BC.CD.D
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列各圖均能表示甲烷的分子結(jié)構(gòu),按要求回答下列問題。
(1)甲烷的比例模型是______(填序號(hào))。
(2)相對(duì)分子質(zhì)量為100的烷烴的分子式是_____。
(3)甲烷與氯氣的體積比為1:1,光照條件下在如圖所示的裝置中反應(yīng),則得到的產(chǎn)物為_____。
A.CH3Cl、HCl B.CCl4、HCl
C.CH3Cl、CH2Cl2 D.CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl
(4)甲烷最簡(jiǎn)單的同系物與氯氣光照條件下反應(yīng),其生成物的化學(xué)式最多可能有_____種。
A.5 B.9 C.10 D.7
(5)經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的反應(yīng)后,U形管右端的水柱變化是______。
A.升高 B.降低 C.不變 D.無法確定
(6)工業(yè)酒精含有甲醇,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為:CH3OH,可由甲烷經(jīng)過一系列變化得到,寫出甲醇與O2在銅作催化劑加熱條件下的反應(yīng)_______。
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